Sintesis Nanopartikel Magnetit (Fe3O4) secara Elektrolisis dan Uji Adsorptivitas Logam Besi (Fe) - Repositori UIN Alauddin Makassar
SINTESIS NANOPARTIKEL MAGNETIT (Fe 3 O 4 ) SECARA ELEKTROLISIS
DAN UJI ADSORPTIVITAS TERHADAP LOGAM BESI (Fe)
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Meraih Gelar Sarjana Sains Jurusan Kimia Pada Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar
Oleh:
WINDA WIQRADHANI
60500112018
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN
MAKASSAR
2017
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Mahasiswa yang bertandatangan dibawah ini : Nama : Winda Wiqradhani NIM : 60500112018 Tempat/tgl. Lahir : Soppeng, 23 April 1994 Jurusan kimia : Kimia Fakultas : Sains dan Teknologi Judul Skripsi : Sintesis nanopartikel magnetit (Fe
3 O 4 ) secara
elektrolisi dan uji adsorptivitas logam besi (Fe) Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa hasil penelitian saya ini tidak terdapat unsur-unsur penjiplakan karya penelitian atau karya ilmiah yang pernah dilakukan atau dibuat oleh orang lain kecuali secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.
Apabila ternyata penelitian ini terbukti terdapat unsur-unsur duplikat atau tiruan, maka saya bersedia untuk mempertangung jawabkan serta diproses sesuai peraturan yang berlaku.
Samata-Gowa, 9 Maret 2017 Penyusun
Winda Wiqradhani NIM: 60500112018 iii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirrabil aalamin
Puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT, yang senantiasa melimpahkan rahmat dan nikmat berupa kesehatan, kesabaran, dan petunjuk sehingga penulisan ini dapat selesai, dimana penulisan ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan studi pada Sains Kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar. Adapun judul skripsi penelitian ini adalah 3 4
“Sintesis Nanopartikel Magnetit (Fe O ) Secara Elektrolisis dan Uji adsorptivitas ion logam besi (Fe) ”.
Penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan, spirit, dan bimbingan dari berbagai pihak. Penulis hanya mampu menyampaikan ucapan terimakasih dan penghargaan yang setulus-tulusnya kepada semua pihak yang tanpa pamrih memberikan bantuan kepada penulis, terutama kedua orang tua tercinta yakni, ayanda Ir. Darsono dan ibunda Dra. Asnida serta suami Muhammad Ishak, S.T, yang dengan sabar memberikan semangat dan senantiasa mendoakan keberhasilan penelitian ini. Oleh karena itu secara mendalam penulis ucapkan banyak terima kasih kepada : 1.
Bapak Prof. Dr Musafir Pababari, M.Si selaku rektor UIN Alauddin Makassar.
2. Bapak Prof. Dr. H. Arifuddin, M.Ag selaku dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makssar.
3. Ibu Sjamsiah, S.Si.,M.Si., Ph.D selaku Ketua Jurusan Sains kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar.
4. Bapak H. Asri Saleh, ST., M.Si, selaku dosen pembimbing I.
5. Bapak Sappewali, S.Pd., M.Si dan Ibu Iin Novianty, S.Si.,M.Sc, selaku dosen pembimbing II.
6. Ibu Dra. Sitti Chadijah, M.Si selaku penguji I dan ibu Asriani Ilyas, S.Si., M.Si. serta bapak Dr. Hasyim Hadade, M.Ag selaku penguji agama.
7. Segenap dosen kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Alauddin Makassar.
8. Segenap kakak laboran di jurusan kimia: kak Andi Nurahma, S.Si, kak Fitria Aziz, S.Si., S.Pd, kak Ismawanti, S.Si, kak Ahmad Yani, S.Si, kak nuraini, S.Si dan kak Awaluddin, S.Si., M.Si.
9. Sahabt-sahabat tersayang : Ria Rukmana Yamin Hardianti, Nurdiniah NB, Mutmainnah, Muliati dan Uhsnul Fatimah Jabbar.
10. Seluruh teman-teman Jurusan Sains Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar Angkatan 2012.
Semoga bantuan yang penulis terima tersebut mendapat balasan yang lebih besar dari Allah SWT dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca. A a m i i n
Gowa-Samata, Maret 2017 Penulis,
WINDA WIQRADHANI
NIM : 60500112018
DAFTAR ISI
JUDUL i …………………………………………………..………………….PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ii
………………………………….. PENGESAHAN SKRIPSI iii ………………………………..……………… KATA PENGANTAR iv ……………………………………………………. DAFTAR ISI vi ……………………………………………………………….. DAFTAR TABEL viii ……………………………………………………… DAFTAR GAMBAR ix ………………………………………………………. ABSTRAK x ……………………………………………………………………BAB 1 PENDAHULUAN A.
1 Latar belakang …………………………………….…………….
B.
6 Rumusan masalah ……..…………………..…………………….
C.
6 …….…………………………………………
Tujuan penelitian D.
6 Manfaat penelitian …………..…………………………………..
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA A.
7 Nanosains …………………………………………..…………...
B.
11 Elektrokimia ………………………………………………………
C. …………………………………….…………………
15 Adsorpsi D.
17 Logam besi (Fe) ………………………….…..………………… E.
20 Pencemaran lingkunan perairan ………………………………… F.
23 Instrumen Penelitian ………………………………………………
1. X-Ray Flourence (XRF) ………………………………………… 23 2.
X-Ray Diffraction (XRD)……………………………………….. 24 3.
Transmission Electron Microscopy (TEM)………………….…… 25 4. Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)…………………… 26
BAB 3 METODE PENELITIAN A.
28 Waktu dan tempat …………..…………………………………… B.
28 Alat dan bahan …………………………………………………… C.
29 Tahap penelitian ……………..………………………………….
D. …………………..………………………………
29 Prosedur kerja
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN A.
33 Hasil penelitian …………………………………………………..
B.
37 Pembahasan ………………………………………………………
BAB 5 PENUTUP A.
52 Kesimpulan ……………………………………………………….
B.
52 Saran ……………………………………………………………
53 LAMPIRAN-LAMPIRAN 57 ………………………………………………..
KEPUSTAKAAN ............................................................................................
BIOGRAFI
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Respon magnetik fasa oksida10 …………………………………… Tabel 4.1. Bobot hasil elektroplating batang besi ...........................................
33 Tabel 4.2. Pengaruh tegangan terhadap sintesis nanopartikel ……………….
34 Tabel 4.3. Hasil analisis XRD nanopartikel magnetit tegangan 10 volt ..........
34 Tabel 4.4. Hasil analisis XRD nanopartikel magnetit tegangan 15 volt ……… 34
Tabel 4.5. Diameter partikel pada variasi tegangan …………………………35 Tabel 4.6. Hasil analisis TEM nanopartikel magnetit pada variasi tegangan …. 35
Tabel 4.7. Adsorptivitas nanopartikel magnetit terhadap variasi waktu kontak35 …………………………………………..
Tabel 4.8. Adsorptivitas nanopartiekl magnetit terhadap variasi konsentrasi36 ………………………………………………
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Dua pendekatan utama sintesis nanopartikel: top-down dan bottom-up ........................................9 Gambar 2.2. Bentuk Kristal Fe
3 O
4
……………………………………………
10 Gambar 2.3. Skema sel elektrolisis ...................................................................
14 Gambar 4.1. Grafik hubungan anatara waktu kontak dan efesiensi penyerapan ……………………………………….
48 Gambar 4.2. Grafik hubungan antara konsentrasi dan efisiensi penyerapan ……………………………………………………..
50 ix
ABSTRAK
Nama : Winda Wiqradhani NIM : 60500112018
3
4 Judul skripsi : Sintesis nanopartikel magnetit (Fe O ) secara elektrolisis dan uji fd adsorptivitas logam besi (Fe)
Pencemaran logam pada lingkungan perairan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas kehidupan makhluk hidup disekitarnya. Oleh karena itu, perlu adanya penanggulangan secara tepat menggunakan metode adsorpsi dengan media adsorben berbasis nano. Salah satu jenis nanopartikel yang digunakan, yaitu nanopartikel magnetit (Fe
3 O 4 ) yang memiliki respon magnetik yang sangat baik.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dan adsorptivitas nanopartikel magnetit terhadap ion logam Fe. Sintesis nanopartikel magnetit dilakukan dengan cara elektrolisis yang berbasis elektro-oksidasi besi dalam air demineralisasi pH 10 pada voltase 5, 10 dan 15 volt. Mangetit hasil sintesis dikarakteristik menggunakan XRD dan TEM untuk mengetahui ukuran dan morfologi partikel. Berdasarkan analisa XRD dan TEM menunjukkan nanopartikel mangetit yang dihasilkan dapat mencapai ukuran partikel paling kecil pada voltase 10 volt, dengan diameter 35,24 nm serta permukaannya berbentuk sferik. Nanopartikel magnetit hasil sintesis mampu menyerap ion logam Fe secara maksimal pada waktu 1 jam dengan konsetrasi awal 150 ppm sebesar 98,95%.
Kata kunci : Nanopartikel, Magnetit, Elektolisis, Adsorpsi
ABSTRAK
Nama : Winda Wiqradhani NIM : 60500112018 Judul skripsi : Synthesis of Magnetite (Fe
3 O 4 ) Nanoparticle By Electrolysis Method
And Adsorptivity Test Against Ferrous (Fe) Metal Metal pollution in water environment is one of the factor that influences the quality of life of the living things around it. Because of that, there must be a right prevention. Adsorption method with nano-based adsorbent media is the method that can be used. One the nanoparticle that used is magnetite nanoparticle (Fe
3 O 4 ) which
have a very good magnetic responses. This research is supposed to know the characteristic and magnetite nanoparticle adsorptivitas to metal ion Fe. Magnetite nanoparticle synthesis was done with electrolysis iron based on electro-oxidation in demineralization water pH 10 at voltage 5, 10, and 15 volt. Magnetite synthesis result was characterized using XRD and TEM to get to know the size and particle morphology. XRD and TEM analysis shows magnetite nanoparticle that was produced can reach the smallest particle size at voltage 10 volt, with diameter 35,24 nm and the surface in spherical shape. Synthetis result of magnetite nanoparticle can maximally absorb the metal ion Fe in 1 hour with start concentration 150 ppm in the amount of 98,95%.
Key words: Nanoparticle, Magnetite, Electrolysis, Adsorption.
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pencemaran lingkungan merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi
kualitas kehidupan makhluk di sekitarnya sehingga masalah pencemaran lingkungan ini menjadi salah satu hal yang paling kritis dimasyarakat. Pencemaran lingkungan sering pula dikaitkan dengan keberadaan industri yang semakin meningkat dan buangan sampah yang tidak diolah dengan baik. Akibatnya jika bahan-bahan terlepas ke lingkungan tanpa melalui proses pengolahan lebih lanjut dapat mencemari lingkungan, baik lingkungan tanah, udara maupun perairan. Diantara berbagai jenis pencemaran yang terjadi, pencemaran lingkungan perairanlah yang paling menonjol di masyarakat, karena air menjadi bahan utama dalam kehidupan, baik untuk manusia sendiri maupun untuk mahluk lainnya.
Menurut Peraturan Pemerintah RI No. 01 Tahun 2010 tentang pencemaran air pada pasal 1 ayat 11 bahwa pencemaran air adalah masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia sehingga melampaui baku mutu air limbah yang telah ditetapkan (Adipura, 2015).
Salah satu bentuk pencemaran lingkungan perairan adalah adanya limbah logam berat pada perairan.
Salah satu bahan logam yang jika terdapat lebih dari yang ditentukan dapat mencemari lingkungan perairan, yaitu logam besi (Fe). Besi merupakan logam yang sering ditemui keberadaannya secara alamiah di bebatuan, tanah, dan air. Namun tidak jarang logam ini berasal dari aktivitas manusia, antara lain limbah baterai, kaleng susu, korek api, pelapis, dan lainnya. Besi pada dasarnya diperlukan oleh tubuh dengan standar konsentrasi maksimal dalam air baku yang diperbolehkan adalah sebesar 0,3 mg/l. kandungan besi yang terlalu tinggi di dalam air baku dapat berakibat buruk terhadap kesehatan dan juga dapat merusak sistem pengairan termasuk didalamnya perpipaan, yaitu menyebabkan korosi dalam pipa (Adipura, 2015). Dimana dalam Al- Q ur’an sudah diperintahkan oleh Allah swt untuk tidak mencemari lingkungan atau membuat kerusakan di muka bumi di dalam Q.S Ar-Rum (30) : 41
Terjemahnya : “Telah nampak kerusakan di darat dan di laut disebabkan karena perbuatan tangan manusia, supaya Allah merasakan kepada mereka sebagian dari (akibat) perbuatan mereka, agar mereka kembali (ke jalan yang benar) ” (Kementrian agama).
Menurut M. Quraish Shihab (2009), dalam kitab Al-Misbah, ayat ini
menyebutkan darat dan laut sebagai tempat terjadinya fasad itu, dimana fasad berarti
keluarnya sesuatu dari keseimbangan baik sedikit maupun banyak, sehingga dapat
berarti daratan dan lautan menjadi tempat kerusakan, misalnya dengan terjadinya
pembunuhan dan perampokan di kedua tempat tersebut dan dapat pula diartikan bahwa
darat dan laut itu sendiri yang telah mengalami kerusakan, ketidakseimbangan serta
kurangnya dalam segi manfaat. Laut yang sudah tercemari sehingga ikan banyak yang
mati dan hasil laut akan berkurang, daratan semakin panas sehingga terjadi kemarau
yang panjang sehingga menyebabkan keseimbangan lingkungan menjadi kacau,
sementara ulama kontemporer memahami ayat ini sebagai isyarat tentang kerusakan
lingkungan.Berdasarkan penjelasan ayat di atas, memberikan gambaran tentang kerusakan yang terjadi di lingkungan sekitar akibat dari aktivitas manusia yang kurang bertanggung jawab terhadap lingkungannya sendiri. Untuk itu, perlu dilakukan perbaikan dan pengolahan terhadap pencemaran lingkungan salah satu cara yaitu mengurangi kandungan logam yang berbahaya bagi lingkungan dan manusia itu sendiri.
Upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi kandungan logam yang berlebih dalam suatu ekosistem lingkungan perairan, salah satunya dengan metode adsorpsi. Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida terikat pada suatu padatan dan akhirnya membentuk lapisan tipis pada permukaan tersebut (Larasati dkk, 2013). Dalam proses adsorpsi dibutuhkan sebuah zat yang dapat menyerap partikel fluida atau biasa disebut adsroben. Adsorben adalah suatu zat yang berpori, sehingga memiliki kemampuan menyerap zat tertentu dari suatu fluida. Ada beberapa media adsorben dalam penyerapan logam pencemar, seperti karbon aktif, zeolit dan silika gel. Terkait hal tersebut, telah dikembangkan sebuah media adsorben baru, yakni
Nanopartikel merupakan pengembangan ilmu lebih detail dari nanoteknologi. Nanopartikel memiliki aplikasi yang cukup luas dalam berbagai bidang, seperti bidang industri, farmasi, medis, lingkungan dan lain-lain. Terkhusus untuk dalam bidang lingkungan, nanopartikel dapat digunakan untuk penanggulangan pencemaran logam berat. Hal ini terkait dengan adsorben yang berbasis ukuran nanometer. Salah satu jenis nanopartikel yang menjadi fokus pembahasan ini, yaitu nanopartikel magnetit (Fe
3 O 4 ).
Pemanfaatan nanopartikel magnetit lebih meningkat dikarenakan memiliki biokompatibilitas yang baik, sifat superparamagnetik yang kuat dan toksisitas rendah serta proses sintesis yang lebih mudah (Fajaroh dkk, 2011). Sifat magnetiknya sebagian besar dipengaruhi oleh morfologi, ukuran dan karateristik fisika dan partikel tunggal.
Partikel dengan ukuran kurang dari 30 nm, magnetit menujukkan sifat-sifat superparamagnetik. Selain itu luas permukaan partikel yang besar juga menjadi salah satu keunggulan nanopartikel magnetit sehingga memiliki kapasitas besar untuk mengabsorbsi ion logam berat (Riyanto, 2012).
Pemanfaatan nanopatikel magnetit sebagai adsorben ion logam berar dapat dilihat pada beberapa penelitian sebelumnya, yaitu penelitian Mahmuda dkk (2014), menyatakan bahwa nanopartikel magnetit yang di sintesis dengan metode kopresipitasi dapat digunakan sebagai adsorben yang efektif untuk menurunkan kadar ion logam tembaga (Cu), mangan (Mn) dan Nikel (Ni) dengan persentase penurunan masing- masing sebesar 59,79% untuk Cu, 69,83% untuk Ni dan 44,53% untuk Mn.
Penelitian Putra, dkk (2014), juga menjelaskan pemanfaatan nanopartikel dengan sistem purifikasi, adapun hasil penelitian menujukkan kemampuan magnetit mengabsorpsi logam Fe sebesar 96,84%. Berdasarkan penelitian tersebut, perlu adanya modifikasi dari metode sintesis nanopartikel yang lebih inovatif dimana penelitian tersebut masih menggunakan metode konvensional. Ada beberapa metode inovatif dalam sintesis nanopartikel yang dapat dikembangkan dalam memaksimalkan fungsi dari nanopartikel tersebut, seperti metode sol-gel, hidrotermal dan elektrokimia.
Metode sol-gel lebih unggul dalam hal mengontrol ukuran dan komposisi kimiawi dari nanopartikel magnetit yang dihasilkan, namun di sisi lain metode sol-gel biasanya menggunakan reaktan alkoksida yang harganya relatif mahal, suhu kalsinasi tinggi, dan waktu sintesis yang panjang (Ardiansyah, 2015). Demikian halnya dengan cara hidrotermal yang juga membutuhkan suhu tinggi dan waktu yang lama untuk mencapai produk akhir. Metode ini seringkali menggunakan surfaktan untuk mencegah agregasi partikel, namun kombinasi antara surfaktan dan magnetit dapat berpotensi mengganggu aplikasi magnetit dalam penyerapannya (Astuti, 2012). Sedangkan, untuk metode elektrokimia memiliki keunggulan yang lebih dari metode yang ada, yakni berprinsip sederhana, efisien, ramah lingkungan, dapat dilakukan dalam suhu kamar dan dapat di kontrol (seperti ukuran partikel yang dapat di kontrol melalu rapat arus dan jarak kedua elektroda) (Fajaroh dkk, 2010).
Berdasarkan latar belakang di atas, maka dilakukan penelitian sintesis
3
4
nanopartikel magnetit (Fe O ) secara elektrolisis dan uji adsortivitas ion logam besi (Fe).
B. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini, yaitu : 1.
3 O 4 ) yang diperoleh dari
Bagaimana karakteristik nanopartikel magnetit (Fe pengukuran X-Ray Diffracttion (XRD) dan Transmission Electron Microscopy (TEM) ? 2. Berapa besar efektifitas penurunan ion logam berat besi (Fe) yang diadsorpsi
3
4
dengan nanopartikel magnetit (Fe O ) ? C.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini, yaitu :
3
O ) yang diperoleh Untuk mengetahui karakteristik nanopartikel magnetit (Fe dari pengukuran X-Ray Diffracttion (XRD) dan Transmission Electron
4 1.
Microscopy (TEM).
2. Untuk mengetahui efektifitas penurunan ion logam berat besi (Fe) yang diadsorpsi dengan nanopartikel magnetit (Fe
3 O 4 ).
D. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini, yakni : 1. Dapat memberikan informasi kepada industri dan masyarakat tentang alternatif pengolahan limbah dengan menggunakan nanopartikel magnetit (Fe
3 O 4 ) .
2. Sebagai sumber ilmiah pada peneliti selanjutnya tentang nanopartikel magnetit
3
4 (Fe O ) dalam mengadsorpsi ion logam besi (Fe).
BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Nanosains 1. Nanopartikel Salah satu ilmu pengetahuan yang sedang berkembang pesat yaitu nanosains. Nanosains adalah ilmu yang mempelajari berbagai gejala-gejala alam yang berukuran
- 9
nanometer, dimana satu nanometer sama dengan 10 meter. Nanosains memiliki aplikasi dalam bentuk nanoteknologi yang dapat diterapkan dalam kehidupan sehari- hari. Sebagaimana firman Allah swt yang menjelaskan tentang sesuatu yang berukuran kecil dalam Q.S. Yunus (10): 61,
Terjemahnya: “kamu tidak berada dalam suatu Keadaan dan tidak membaca suatu ayat dari Al-
Quran dan kamu tidak mengerjakan suatu pekerjaan, melainkan Kami menjadi saksi atasmu di waktu kamu melakukannya. tidak luput dari pengetahuan Tuhanmu biarpun sebesar zarrah (atom) di bumi ataupun di langit. tidak ada yang lebih kecil dan tidak (pula) yang lebih besar dari itu, melainkan (semua tercatat) dalam kitab yang nyata (Lauh Mahfuzh) ” (Kementrian Agama).
Menurut M. Quraish Shiahb (2009), dalam ayat ini lebih menekankan pada kata
dzarrah yang lebih dipahami sebagai semut yang sangat kecil bahkan kepala semut
atau debu yang berterbangan hanya telihat dicelah cahaya matahari yang menjadi tolak ukur dalam penciptaan Allah swt, dimana kecil sekalipun (atom) tidak ada yang tidak diketahui oleh Allah dan tidak ada satupun yang luput dari penglihatannya.
Sesungguhnya ciptaan-Nya tidak ada yang sia-sia.
Nanopartikel dapat didefinisikan sebagai partikel dari fungsi sistem pada tingkat molekuler yang dijadikan sebuah material dengan sifat baru dalam skala nano (Riwayati, 2007). Berdasarkan ukurannya yang termasuk sangat kecil, nanopartikel dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang, seperti bidang kesehatan, bidang teknologi informasi, produksi dan penyimpanan energi, dalam ilmu alam, bahan pangan dan lingkungan. Seperti yang telah dijelaskan Allah swt dalam Al-
Qur’an bahwa segala penciptaan sesuatu di muka bumi ini tidak ada sia-sia dan semuanya ada hikmah dan manfaatnya. Adapun firman Allah swt yang menjelaskan hal tersebut yaitu Q.S. Shaad (38): 27
Terjemahnya: “Dan Kami tidak menciptakan langit dan bumi dan apa yang ada antara keduanya tanpa hikmah. Yang demikian itu adalah anggapan orang-orang kafir, Maka celakalah orang-orang kafir itu karena mereka akan masuk neraka
”(Kementrian Agama). Berdasarkan ayat di atas, M. Quraish Shihab (2009) dalam kitab Al-Misbah menyatakan bahwa Allah swt, menciptakan langit dan bumi juga segala yang ada diantara keduanya dengan cara aturan yang demikian rapi, indah serta harmonis. Hal ini menunjukkan bahwa Dia tidak bermain-main dalam penciptaannya secara sia-sia tanpa arah dan tujuan yang benar. Sehingga segala sesuatu ciptaan Allah dimuka bumi ini dengan bentuk yang beragam pasti memiliki hikmah atau manfaat yang dapat berguna bagi kehidupan di muka bumi ini.
Berdasarkan bentuk nanopartikel yang dapat berupa bola, batang, tabung serat ataupun tidak memiliki bentuk yang beraturan (Elzey, 2010), nanopartikel telah menjadi material menarik yang dikembangkan karena sifatnya yang terkenal dan sangat potensial dalam aplikasinya dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang medis digunakan sebagai bagian alat terapi kesehatan yang membutuhkn sensor magnetik, terapi hyperthermia, Magnetic Resonance Imageing (MRI). Dalam bidang industri digunakan sebagai katalis, sensor, penyimpan data dalam bentuk CD atau hard disk, pigmen warna (Rahmadani, 2011).
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, sintesis nanopartikel dapat dibagi menjadi dua pendekatan besar, yakni : cara pertama adalah memecah partikel berukuran besar menjadi partikel berukuran nanometer. Pendekatan ini disebut pendekatan top-down. Pendekatan kedua adalah memulai dari atom-atom atau molekul-molekul atau kluster-kluster yang membentuk partikel berkuran nanometer yang dikehendaki. Pendekatan ini disebut bottom-up. Pendekatan tersebut dapat digambarkan, seperti pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Dua pendekatan utama sintesis nanopartikel: top-down dan bottom-up
(Sumber: Abdullah dkk, 2008).
Nanopartikel dapat memiliki sifat atau fungsi yang berbeda dari material sejenis dalam ukuran besar. Hal utama yang membuat nanopartikel berbeda dengan material sejenis dalam ukuran besar yaitu: pertama karena ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar. Ini membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas material ditentukan oleh atom-atom di permukaan, karena pada atom-atom tersebut yang bersentuhan langsung dengan material lain dan yang kedua ketika ukuran partikel menuju orde nanometer (Abdullah, dkk, 2009). 3 4
2. O ) Nanopartikel Magnetit (Fe
Salah satu jenis nanopartikel yang sedang dikembangkan oleh para ahli, yaitu nanopartikel magnetit. Magnetit (Fe
3 O 4 ) merupakan salah satu bijih besi yang dikenal di samping Hematit (Fe
2 O 3 ), Limonit (FeO(OH)) dan Siderit (FeCO 3 ). Respon magnetik fasa-fasa oksida tersebut dicantumkan dalam tabel. 2.1.
Tabel 2.1. Respon Magnetik Fasa Oksida Respon Magnetik No Fasa Fe / KarakterisasiAntiferomagnetik 1. FeO
Ferrimagnetik lemah 2.
2 O
3
α-Fe Ferrimagnetik 3.
2 O
3
γ-Fe Ferrimagnetik
3
4
4. Fe O Sumber : (Haris, 2002)
3+
Magnetit memiliki bangun spinel terbalik, yaitu setengah jumlah ion Fe menempati rongga tetrahedron dan setengah yang lain menempati rongga oktahedron,
2+
sedangkan semua ion Fe menempati rongga oktahedron dari suatu tatanan kubus
2- rapat muka (fcc) ion O .
= ion Fe dalam oktahedron = ion Fe dalam tetrahedron = ion oksigen (O)
Gambar 2.2. Bentuk kristal Fe3 O 4 (Sumber: Sugiyarto, 2012).
Magnetit memiliki sifat magnetik yang sangat baik, yakni dapat merespon medan magnet luar sehingga memiliki hubungan yang kuat dengan medan magnetnya sendiri (Jonal, 2014). Selain itu, magnetit juga mempunyai sifat khas yaitu keras, tahan terhadap panas dan zat kimia, mempunyai tahanan jenis listrik yang tinggi, sehingga banyak digunakan dalam bidang elektronika dan dapat termagnetisasi secara spontan pada temperatur curie dan bersifat paramagnetik untuk temperatur di atas temperatur curie (Sholiha, 2010).
Aplikasi bahan magnetit memiliki kegunaan yang cukup luas, salah satunya dapat digunakan untuk mendekontaminasi air tercemar secara langsung maupun tidak langsung. Nanopartikel magnetit ini secara simultan dapat berfungsi sebagai penyerap (adsorbent) ataupun sebagai bahan perantara untuk memecah kontaminan organik menjadi elemen yang tidak beracun dengan membentuk suatu molekul karbon dan logam-logam berat dapat teraglomerasi dan menempel dipermukaan tanah. Dalam proses secara langsung, nanopartikel ini dalam bentuk cairan kental di injeksikan secara langsung pada reservoir air yang telah terkontaminasi sedangkan dengan cara tidak langsung dapat menggunakan sebuah membran (Ridwan dan Azwar, 2007).
B. Elektrokimia
Elektrokimia merupakan cabang ilmu kimia yang membahas tentang reaksi- reaksi kimia yang terjadi pada antarmuka elektroda dan elektrolit, dimana proses tersebut terjadi transfer elektron anatara material elektroda dengan spesies-spesies dalam material elektrolit (Rahmawati, 2013).
Metode elektrokimia digunakan untuk menganalisis suatu sampel dengan cara mengukur potensial, arus, hambatan dan menghubungkan ketiganya dengan suatu analit. Adapun hasil yang didapatkan pada proses tersebut berasal dari reaksi reduksi dan oksidasi yang terjadi pada permukaan elektroda. Beberapa faktor yang mempengaruhi pengukuran, yaitu sifat elektroda, transfer massa elektron, besaran listrik, elektrolit dan faktor eksternal seperti suhu, tekanan dan waktu (Sidiq, 2013).
Berdasarkan prinsip kerja dari elektrokimia, maka proses elektrokimia membutuhkan tiga hal penting, yakni elektroda (anoda dan katoda) serta larutan elektrolit. Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan media non-logam dari sebuah sirkuit (misal semikonduktor dan elektrolit). Menurut (Riyanto, 2013) elektroda terbagi menjadi dua, yakni : a.
Anoda adalah elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi, sehingga akan terjadi pelepasan elektron selama reaksi berlangsung.
Reaksi :
- Reduktor Oksidasi + ne b.
Katoda adalah elektroda tempat berlangsungnya reaksi reduksi zat kimia, sehingga terjadi penangkapan elektron pada reaksi.
Reaksi :
- Oksidator + ne Reduktor Selain elektroda, komponen penting lainnya, yaitu larutan elektrolit. Larutan elektrolit adalah tempat terjadinya reaksi reduksi-oksidasi. Larutan elektrolit merupakan larutan yang mempunyai sifat menghantarkan listrik. Elektrolit dapat berupa larutan asam, basa dan larutan garam. Larutan elektrolit mempunyai peranan penting elektrokimia karena larutan ini dapat menjadikan kontak listrik antara anoda
Secara umum, terdapat dua jenis sel elektrokimia, yakni : sel galvanik dan sel elektrolisis. Sel galvanik adalah sel dimana terjadi reaksi reduksi-oksidasi yang menghasilkan energi listrik. Contohnya seperti baterai, aki dan sel bahan bakar. Pada sel galvanik, memiliki beberapa syarat dalam penerapannya, yakni reaksi redoks terjadi
o o
spontan, hasil reaksi menghasilkan energi dan G < 0 serta E sel adalah positif (Rahmawati, 2013). Pada sel galvanik anoda bermuatan negatif yang diakibatkan oleh reaksi kimia spontan dan katoda bermuatan positif bila dihubungakan dengan anoda, dimana ion positif mengalir ke elektroda ini untuk direduksi oleh elektron dari anoda (Dogra, 2013).
Sel elektrolisis adalah sel dimana energi listrik menghasilkan reaksi kimia yang tidak spontan, atau reaksi kimia yang memiliki potensial sel negatif. Contohnya seperti elektrodaposisi (teknik pelapisan logam), elektroanalis (analisis polalografi, voltametri positif dan katoda elektrolisis bermuatan negatif, dimana ion kation akan mengalir ke elektroda ini untuk direduksi. Energi listrik diperlukan untuk terjadinya reaksi kimia dalam sel elektrolisis, sehingga dalam sel ini tidak diperlukan jembatan garam (Dogra, 2013) contoh skema sel elektrolisis dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.4. Skema sel elektrolisisReaksi yang terjadi pada sel elektrolisis dengan elektroda aktif biasanya terjadi di anoda. Anoda mengalami reaksi oksidasi dan diikuti rekasi reduksi di katoda. Reaksi elektrolisis dalam larutan elektrolit berlangsung lebih kompleks, dimana zat yang bereaksi belum tentu kation atau anionnya. Salah satu aplikasi sel elektrolisis yang sangat luas penggunaanya dimasyarakat, yaitu proses penyepuhan logam (elektroplating). Elektroplating adalah salah satu aplikasi dari sel elektrolisis, yang merupakan teknik untuk melapisi suatu logam dengan logam lain dengan tujuan tertentu. Contoh, tembaga yang dilapisi dengan emas atau perak agar tampak lebih berharga dan logam besi yang mudah berkarat dapat dilapisi dengan logam lain yang tahan karat seperti nikel atau krom (Sunarya, 2012).
Prinsip dasar dari elektroplating ini, yakni yang berperan sebagai katoda adalah benda yang akan dilapisi dan untuk anoda terdiri dari anoda karbon (anoda larut) dan anoda tetap (anoda inert). Anoda karbon terbuat dari logam yang akan diendapkan dan anoda tetap hanya sebagai penghantar listrik. Kedua elektroda tersebut dimasukkan kedalam larutan elektrolit dan dialirkan oleh arus listrik, sehingga terjadi migrasi ion positif ke katoda dan ion negatif ke anoda. Jika ion positif mencapai katoda maka akan direduksi oleh elektron untuk membentuk logam, sehingga atom logam akan melekat pada permukaan katoda, yang dapat dilihat dari bertambahnya ketebalan pada katoda (Riyanto,2013).
C. Adsorpsi
Adsorpsi adalah salah satu metode efektif dalam penanggulangan pencemaran lingkungan, hal ini di karenakan metode ini bergantung pada kemampuan permukaan adsorben untuk menarik molekul-molekul gas, uap atau cairan (Nurdila dkk, 2015). Pada proses adsorpsi, molekul-molekul pada permukaan zat padat atau zat cair, akan mengalami gaya elektrostatis atau gaya tarik antar molekul pada permukaan zat padat.
Penyerapan bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut atau pelarut. Bila dalam larutan terdapat dua jenis zat atau lebih, maka hanya satu zat yang akan diserap lebih kuat dari yang lain. Adsorben padat yang baik yaitu memiliki porositas tinggi, permukaannya sangat luas sehingga terjadi pada banyak tempat (Sukardjo, 2002).
Adsorpsi diklasifikasikan dalam dua bagian, yakni adsorpsi fisika dan adsoprsi kimia. Adsorpsi fisika bisa terjadi jika adanya gaya Van Der Waals dan dapat terjadi secara bolak-balik (revesible), sebagai contoh adsorpsi fisika yaitu pada adsorpsi solut oleh karbon aktif. Sedangkan untuk adsorpsi kimia, terjadi jika adanya reaksi kimia di permukaan padatan antara solut dengan padatannya dan terjadi secara tidak dapat balik (irreversible) (Budiyono dan Siswo Sumardiono, 2013).
Proses adsorpsi terjadi pada permukaan pori-pori dalam butir adsorben sehingga untuk menyerap logam dalam cairan akan mengalami proses seperti, perpindahan massa logam dari cairan ke permukaan butir melalui lapisan film, difusi dari permukaan butir ke dalam butir melalui pori, perpindahan massa dari cairan dalam pori ke dinding pori dan adsorpsi pada dinding pori. Perpindahan massa dari cairan dalam pori ke dinding pori umumnya berlangsung sangat cepat sehingga tidak mengontrol. Proses yang mengontrol kecepatan adsorpsi adalah perpindahan massa logam dari cairan ke permukaan butir melalui lapisan film (Kwartiningsih, dkk, 2010).
Adsorpsi dalam prosesnya dipengaruhi oleh beberapa faktor, yakni: konsentrasi, luas permukaan, suhu, ukuran partikel dan pH. Untuk konsentrasi, proses adsorpsi sangat sesuai untuk memisahkan bahan dengan konsentrasi yang rendah dari campuran yang mengandung bahan lain dengan konsentrasi tinggi (Asip dkk, 2008).
Faktor luas permukaan dan ukuran partikel saling berkaiatan, menyatakan semakin luas permukaan pada adsorben maka proses adsorpsi akan semakin baik. Hal ini dapat terjadi tergantung pada banyaknya tumbukan yang terjadi antara partikel-partikel adsorbat dan adsorben serta semakin kecil ukuran partikel yang diadsorpsi maka proses adsorpsinya akan berlangsung lebih cepat (Lestari, 2013). Proses adsorpsi juga dipengaruhi oleh suhu, karena ketika molekul-molekul adsorbat pada permukaan adsorben terjadi pembebasan sejumlah energi (panas), sehingga terjadi peristiwa akan menambah jumlah adsorbat yang teradsorpsi dan begitu pula sebaliknya. Adsorpsi substansial, biasanya terjadi pada temperatur di bawah titik didih adsorbat (biasanya di
o
bawa 50 C) (Zulfa, 2011).
D. Logam besi (Fe)
Besi (Fe) merupakan logam transisi yang memiliki nomr atom 26 dengan bilangan oksidasi adalah +3 dan +2. Identifikasi logam besi pada sistem periodik unsur dapat dilihat dari konfigurasi elektronnya yang memiliki subkulit d, sehingga dapat diketahui bahwa logam besi berada pada golongan VIII b dengan periode 4. Besi
o o
memiliki berat atom 55,845 g/mol, titik leleh 1,538 C dan titik didih 2.861
C. Besi menempati urutan kesepuluh besar sebagai unsur dibumi dengan kadar 5-5,6% dari kerak bumi dan menyusun 35% dari masa bumi. Konsentrasi tertinggi terdapat pada lapisan dalam dari inti bumi dan sejumlah kecil terdapat di lapisan terluar kerak bumi (Widowati dkk, 2008).
Besi adalah logam dengan penampakan putih silver mengkilap. Ia punya sifat elastis dan lunak. Elastis berarti logam tersebut mampu ditarik namun tidak putus.
Selain itu besi mempunyai sifat logam sebagaimana semua unsur transisi lainnya. Sifat logam ini dipengaruhi oleh kemudahan unsur tersebut untuk melepas elektron valensi.
Selain itu, keberadaan elektron pada blok d yang belum penuh menyebabkan unsur besi memiliki banyak elektron tidak berpasangan. Elektron-elektron tidak berpasangan tersebut akan bergerak bebas pada kisi kristalnya sehingga membentuk ikatan logam yang lebih kuat dibandingkan dengan unsur golongan utama. Adanya ikatan logam ini menyebabkan titik leleh dan titik didih serta densitas unsur besi cukup besar sehingga bersifat keras dan kuat. Selain itu, karena pergerakan elektron- elektron yang tidak berpasangan pada kisi kristal juga menyebabkan logam besi bersifat konduktor atau penghantar panas yang baik. Apabila logam besi diberikan kalor atau panas, energi kinetik elektron akan meningkat. Dengan demikian, elektron memindahkan energinya ke elektron yang lain sehingga panas merambat ke seluruh bagian logam besi tersebut (Sugiarto dan Retno D suyanti, 2010).
Menurut Widowati, dkk (2008), besi memiliki keistimewaan, antara lain: (1) ion logam Fe sangat kuat dibandingkan kayu ataupun kuprum (Cu), (2) Fe lebih mudah dibengkokkan dan dibentuk menjadi berbagai jenis perabot dengan pemanasan, (3) Fe bersifat tahan panas, sehingga bisa digunakan sebagai bahan pembuatan mesin, (4) Fe dapat diberi magnet sehingga bisa digunakan dalam pembuatan generator dan motor elektrik dan (5) Fe mudah dimurnikan untuk kemudian digunakan pada berbagai alat.
Keberadaan dan kegunaan besi dimuka bumi ini dapat lebih dijelaskan dalam firman Allah swt pada Q.S. Al-Hadid (57) : 25